Structura cromosomului bacterian

        Celula bacteriana, spre deosebire de celulele organismelelor eucariote, nu are un nucleu adevarat, ci un "nucleu" cu organizare primitiva fiind lipsit de membrana si inclus direct in citoplasma, in partea centrala a celulei. Acest "nucleu" nu parcurge procesele de tip mitotic, de aceea el este numit nucleoid sau pur si simplu cromosom bacterian. Genomul bacterian este alcatuit din doua categorii de gene: gene esentiale eucromosomiale, localizate in cromosomul bacterian si gene accesorii prezente in plasmide, elemente genetice transpozabile si in unii fagi (Campbell, 1981).
        Cromosomul bacterian are forma circulara si este alcatuit dintr-o singura molecula de ADN bicatenar, cu o lungime de 1400 microni si cu un diametru de 2, 5 nm, corespunzand diametrului moleculei de ADN dublu catenar, o lungime de cca. 1360 microni si o masa moleculara de 2,5 +/- 0,3 E10 Daltoni. La Escherichia coli si la majoritatea celorlalte bacterii cromosomul este format dintr-o unica molecula de ADN dublu catenar, circular inchis si superhelicat. Respectiva molecula consta din aproximativ 4 milioane pb (perechi de baze nucleotidice) care alcatuiesc aproximativ 3000 de gene, dispuse liniar pe cromosomul circular, alcatuind un singur grup de linkage. Lungimea totala a cromosomului bacterian este de circa 1300 de microni, in conditiile in care o bacterie are forma cilindrica cu un diametru de 1 micron si o lungime de maxim 3 microni. Este normal ca, in conditiile dimensionale mentionate, acest cromosom sa fie suprarasucit pentru a putea incapea in celula.
       A. Worcel si W. Burgi in 1972 si Pettijohn in 1974 au reusit sa studieze structura cromosomului Escherichia coli. S-a demonstrat ca el consta din 40-80 de bucle care isi pastreaza structura cu ajutorul ARN. Fiecare bucla este bogata in ARN si poate functiona relativ independent de celelalte. Cele 40-50 de bulce mari au suprarasuciri secundare alcatuite din circa 400 de perechi de nucleotide. Mentinerea acestor bucle de dimensiuni diferite se pare ca se face nu numai cu ajutorul ARN, ci si cu ajutorul unor proteine si enzime de tipul endonucleazelor. Aceste enzime sunt capabile sa determine rupturi in una din catenele ADN-ului, fapt care impiedica (blocheaza) derasucirea buclelor suprarasucite. In acest fel, structura cromosomiala este stabila, iar cromosomul bacterian isi pastreaza continuitatea. Enzimele de tipul ribonucleazelor pot hidroliza unele molecule de ARN, fapt care duce la ruperea legaturilor dintre doua bucle succesive.
       Una din enzimele care joaca un rol esential in replicarea ADN bacterian si este responsabila de suprarasucirea sa este asa numita ADN-giraza. Daca intr-o cultura de E. coli se adauga in mediu coumeromicina, un antibiotic cu rol inhibitor al functiei ADN-girazei, cromosomul celulei respective isi va pierde constitutia suprahelicala.
       Din motive inca necunoscute, E. coli poseda mecanisme de reglaj al gradului de suprarasucire a cromosomului. Alaturi de ADN-giraza exista si o a 2-a enzima implicata in rasucirea cromosomului - topoizomeraza I. Aceasta enzima produce relaxarea regiunilor suprahelicale. Au fost izolate si mutante lipsite de topoizomeraza sau care produc o forma inactiva a acesteia. Nucleoidul izolat de la astfel de mutante prezinta un grad inalt de suprarasucire, cu circa 32 % mai mult decat normal.
       Paradoxal insa, aceste multante nu sufera defecte de crestere si, in plus, sufera frecvent mutatii ale genei pentru ADN-giraza, care conduc la producerea unei giraze mai putin eficiente. In consecinta, cromosomul prezinta un grad normal de superspiralizare.
       In mod normal, bacteriile aflate in stare de repaus, in culturi stationare si vechi au un singur cromosom, fiind uninucleate. In faza de crestere activa, in culturi tinere mentinute pe medii optime, ele apar ca multinucleate, avand 2-4 cromosomi, care insa sunt identici, deoarece provin prin replicare dintr-un singur cromosom parental. De aceea, indiferent de aspectul morfologic al materialului nuclear, din punct de vedere genetic, bacteriile sunt organisme haploide, cu n cromosomi. Atunci cand, prin recombinare, o celula bacteriana primeste un aport de material nuclear exogen, diploidia nu este decat partiala si tranzitorie. Aceasta stare se numeste merozigota.
       Cromosomul bacterian poarta in structura sa toata informatia ereditara necesara pentru existenta unei celule, adica poarta toate genele (genomul) necesar pentru desfasurarea metabolismului si pentru reglarea activitatii celulare. Cromosomul bacterian determina si arhitectura celulei care-l contine, ereditatea si capacitatea ei de evolutie.

 

Home